S-Box

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In der Kryptografie bezeichnet eine S-Box (englisch substitution box) eine Grundkomponente symmetrischer Kryptosysteme.

Typischerweise werden sie in Blockchiffren wie beispielsweise DES eingesetzt, um die Beziehung zwischen Klar- und Geheimtext zu verwischen (im Kryptojargon: "Konfusion").

Eine S-Box ist eine meist nichtlineare Substitutionsoperation, bei der eine m-stellige Binärzahl durch eine n-stellige Binärzahl ersetzt wird. Sie kann beispielsweise mit einer Tabelle implementiert werden, die 2^m Zeilen enthält. Je nach Anwendung kann es notwendig sein, dass diese Abbildung invertierbar (im Sinne von bijektiv) ist. Der DES-Algorithmus verwendet beispielsweise acht verschiedene S-Boxen.

S-Boxen müssen sehr sorgfältig entworfen werden, um einer Kryptoanalyse, insbesondere der linearen und der differentiellen Kryptoanalyse zu widerstehen.

Man unterscheidet zwischen statischen und dynamischen S-Boxen: während viele Blockchiffre wie DES oder AES festgelegte (statische) S-Boxen verwenden, initialisiert beispielsweise die Stromchiffre RC4 aus dem Schlüssel die S-Box dynamisch. Statische S-Boxen haben Vorteile bei der Implementation in Hardware hinsichtlich Geschwindigkeit und Speicherbedarf; dynamische S-Boxen können die Kryptoanalyse erheblich erschweren.